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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen und Abscheiden von Tropfen aus feuchten Luft-/Gas-Gemischen sowie einen Abscheider gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 3 zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei bekannten Abscheidern beispielsweise von Rauchgas-Entschwefelungsanlagen wird das auftreibende bzw. zwangsweise Luft-/Gas-Feuchtigkeitsgemisch in Kanälen über dort eingesetzte Lamellenabscheider geleitet. Dabei wird ein Teil der Kontaktfläche zur Lamelle hin prall-strömungsbedingt genutzt, um die abzuscheidende Feuchtigkeit zu Tropfen agglomerieren zu lassen, damit diesen dann die Luft bzw. das Gas entzogen wird und die Tropfen nach unten fallen.
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Der Nachteil dieser bekannten Lamellen-Strömung besteht darin, dass nur ein kleiner Teil der Lamelle als feuchtigkeits-adsorbierende Prallfläche strömungstechnisch erfasst wird, um dampfähnliche bzw. aerosole Feuchtigkeit filmähnlich am Lamellenteil abzulagern.
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Aus der
DE 10 2011 007 971 A1 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Flüssigkeiten aus Gasen bekannt, die einen Behälter mit einem Gaseinlass und einem Gassauslass sowie ein Abscheideelement, insbesondere ein Luftentölelement umfasst, das im Strömungsweg zwischen dem Gaseinlass und dem Gasauslass angeordnet ist. Um auch bei kleinen Abmessungen eine effektive Luftentölung zu gewährleisten, ist zwischen dem Gaseinlass und dem Abscheideelement ein Spiralabscheider angeordnet, der den Behälter in eine obere Kammer und eine untere Kammer unterteilt.
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Die
DE 100 19 836 A1 beschreibt eine Anordnung zur Entfernung von Aerosol bzw. Schwebestoffen aus Kurbelgehäusegasen, die zu einer Lufteinlasssammelleitung zurückgeleitet werden. Die Anordnung weist ein Gehäuse mit einer Gehäusewand, eine Einlassleitung, die sich durch die Gehäusewand erstreckt, eine Auslassleitung, die sich durch den oberen Teil erstreckt, eine Trägheitstrennvorrichtung bzw. einen Trägheitsseparator, der an der Einlassleitung angebracht ist und einen Schirm besitzt, durch den die Gase laufen und der eine Auftreffplatte besitzt, ein Flächenelement, das in beabstandeten Windungen gewunden ist, um einen spiralförmigen Pfad vom Äußeren zu einem mittleren Raum zu definieren, ein Thermoauffangrohr, das in dem mittleren Raum gelegen ist, um Gase aufzunehmen, wobei das Rohr eine poröse Wand besitzt, damit Gase dort hindurchlaufen, und eine Öffnung an einem Ende zum Austritt der Gase auf.
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Ein Zyklon zur Abscheidung von Öl aus ölhaltigen Aerosolen in Entlüftungen von Triebwerksräumen von Verbrennungsmotoren ist in der
DE 43 44 506 A1 beschrieben. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Zyklons ist in demselben ein Abscheidekanal gebildet, der in Form einer Spirale von dem Zuluftstutzen zu dem Zentrum verläuft.
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Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen o. dgl. haben sämtlich den Nachteil, dass eine Abscheidung nur sehr schlecht erfolgt, da Luft-/Gas-Gemische in den Vorrichtungen o. dgl. lediglich gemischt und verwirbelt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Abscheider der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem eine wesentliche Verbesserung der Luft-/Gas-Trocknung bzw. -Abscheidung erreicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Kennzeichnungsmerkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Abscheider mit den Kennzeichnungsmerkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über einen äußeren Einlass das feuchte Luft-/Gas-Gemisch einer Abscheidevorrichtung tangential zugeführt und entlang einer spiralförmigen Wandung mit unterschiedlichen Wandabständen zwischen der inneren Wandseite und der äußeren Wandseite jeder Windung innerhalb des Abscheiders zur Mitte hin und gleichzeitig zu einem zentralen Auslass geführt. Dabei erfolgt eine Trennung von schwerer feuchter Luft mittels Zentrifugalkraft und simultan von leichter trockener Luft durch Zentripetalkraft, indem das feuchte Luft-/Gas-Gemisch sich durch Reibung und Entlangströmen an der äußeren Wandseite als Feuchtigkeit bzw. Wasserfilm ablagert, wobei das trockene leichtere Luft-/Gas-Gemisch sich zentripetal nach innen bewegt und anschließend mittig kreisrundströmend über den mittigen Auslass abgeführt wird. Die Feuchtigkeit bzw. der Wasserfilm rieselt bzw. die sich gebildeten Tropfen rieseln entlang den zentrifugal angeströmten Wandseiten, insbesondere in den großen Zwischenräumen der Wandabstände zum unteren Ende des Abscheiders, fällt bzw. fallen dort ab und wird bzw. werden über einen Abfluss abgeführt.
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Entgegen der Lamellenströmung, bei der sich die Feuchtigkeit bzw. der Wasserfilm sich nur auf einem geringen Teil jeder Lamelle ablagert, lagert sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Feuchtigkeit bzw. der Wasserfilm vollflächig auf der spiralförmigen Wandung ab.
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Bei tangentialem Einströmen des feuchten Luft-/Gas-Gemisches tritt in der Spirale eine Strömung ein, die physikalisch bedingt schweres Gemisch zentrifugal nach außen bewegt, wobei leichtes Gemisch sich zentripetal nach innen bewegt.
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Dieser Bewegungsmechanismus trennt bereits nach weniger als 360° (1 Umdrehung in der Spirale) feuchtes Luft-/Gas-Gemisch von trockenem Luft-/Gas-Gemisch. In weiteren nach innen gerichteten Umdrehungen in der Spirale wird somit eine sich stets potenzierende qualitative Verbesserung der Luft-/Gas-Trocknung erreicht. Auf der sich so ständig benetzenden Wandung bildet sich ein dünner Wasserfilm, der einen adhäsiven Effekt für sämtliche Feuchtigkeitspartikel bewirkt. Mit Verdickung des Wasserfilms ergibt sich ein gegen die nach oben gerichtete Luft-/Gas-Strömung und ein nach unten durch die Schwerkraft strömender Wasserfilm bzw. eine gegen die nach oben gerichtete Luft-/Gas-Strömung und eine nach unten durch die Schwerkraft strömende Wassertropfenbildung.
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Die unterschiedlichen Wandabstände zwischen der inneren Wandseite und der äußeren Wandseite jeder Windung sorgen für eine wechselnde Strömung (langsam – schnell) des Luft-/Gas-Gemisches bzw. eine pulsierende Strömung des Luft-/Gas-Gemisches, wodurch eine wesentlich verbesserte Trocknung bzw. Abscheidung erfolgt.
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Die pulsierende Strömung bewirkt außerdem, dass durch die wiederkehrenden Einengungen im Strömungskanal die Anhangskraft der Flüssigkeiten dort verstärkt wird und in den anschließenden Aufweitungen ein Abfließen der Flüssigkeiten nach unten sich ermöglicht.
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Strömungen in archimedischen Spiralen bewirken ein intensives vermischendes Verwirbeln von feuchter und trockener Luft und eine sehr schlechte Separation, während nur die pulsierende Strömung die gewünschte Separation garantiert.
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Über die spiralförmige Wandung kann eine Kühlung für das feuchte Luft-/Gas-Gemisch vorgesehen sein. Da bekannt ist, dass sich eine Tropfenbildung z. B. aus Wolken bei bestimmten Temperaturen einstellt, kann die Leistungsfähigkeit bzw. die Tropfenbildung durch die Kühlung weiter verbessert bzw. verstärkt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Abscheider weist die spiralförmige Wandung zur Erzeugung einer pulsierenden Strömung des jeweiligen Luft-/Gas-Gemisches in ihrem sich von außen nach innen eindrehenden Bereich jeweils unterschiedliche Wandabstände zwischen der inneren Wandseite und der äußeren Wandseite jeder Windung auf.
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Das Einlassrohr bzw. die Einlassöffnung für feuchte Luft-/Gas-Gemische mündet vorzugsweise tangential in die ausgehend von der Wand des rohrähnlich ausgebildeten Abscheiders sich spiralförmig nach innen eindrehende Wandung.
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Die trockene Abluft des in der Mitte kreisrund-zirkulierenden Luft-/Gas-Gemisches kann über das in der Abdeckung vorzugsweise zentral angeordnete Auslassrohr bzw. die zentral angeordnete Auslassöffnung entweichen. Dabei ist der mittige kreisrund strömungsbedingte kleinere Rohrreibungs-Widerstand vorteilhaft, da der Querschnitt der Entgasungsöffnung bzw. des Auslassrohres bzw. der Auslassöffnung gegenüber den bekannten Lamellenabscheidern geringer sein kann.
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Die sich spiralförmig nach innen eindrehende Wandung kann doppelwandig ausgebildet sein und aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Blechen bestehen. Dabei ist zwischen den Blechen eine Hohlkammer gebildet, die bei Bedarf über Anschlüsse mit einer Kühlflüssigkeit zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Abscheiders bzw. zur Verstärkung der Tropfenbildung versorgt werden kann.
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Die Wandung kann an ihrer zentrifugal angeströmten Seite wärme- bzw. kälteleitend ausgebildet sein, wobei die Wandung an ihrer zentripetal angeströmten Seite wärme- bzw. kältedämmend ausgebildet sein kann.
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Nachfolgend wird anhand der Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abscheiders näher erläutert.
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Es zeigen
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1 in axialem vertikalem Schnitt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Abscheiders in stehender Position und
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Abscheiders in liegender Position in radialem vertikalem Schnitt.
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Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Abscheiders 1 ist zum Gewinnen und Abscheiden von Tropfen 2 aus feuchten Luft-/Gas-Gemischen bestimmt, wie sie beispielsweise bei Rauchgas-Entschwefelungsanlagen auftreten.
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Im äußeren Bereich des rohrähnlich ausgebildeten Abscheiders 1 ist ein tangentiales Einlassrohr 3 bzw. eine Einlassöffnung für die feuchten Luft-/Gas-Gemische vorgesehen, das bzw. die bei den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen im unteren Bereich des Abscheider 1 angeordnet ist und in eine ausgehend von der Wand 4 des rohrähnlich ausgebildeten Abscheiders 1 sich spiralförmig (aus 2 zu ersehen) nach innen eindrehenden Wandung 5 mündet, die mindestens um 180°, vorzugsweise jedoch um mehr als zwei Windungen von jeweils 360° verläuft.
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An einem Ende 6 der sich spiralförmig nach innen eindrehenden Wandung 5 des Abscheiders 1 ist eine sich mindestens über den Bereich der äußeren Spirale erstreckende Abdeckung 7 vorgesehen, in der mindestens ein zentrales Auslassrohr 8 bzw. mindestens eine zentrale Auslassöffnung für das trockene Luft-/Gas-Gemisch vorgesehen ist. In den Figuren ist jeweils lediglich ein Auslassrohr 8 bzw. eine Auslassöffnung vorgesehen, wobei aber durchaus auch mehrere Auslassrohre 8 bzw. Auslassöffnungen vorgesehen sein können. Insbesondere bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Abscheiders 1 in liegender Position kann z. B. jeweils an beiden Enden 6 der sich spiralförmig nach innen eindrehenden Wandung 5 des Abscheiders 1 eine sich mindestens über den Bereich der äußeren Spirale erstreckende Abdeckung 7 vorgesehen sein, in der jeweils ein zentrales Auslassrohr 8 bzw. eine zentrale Auslassöffnung für das trockene Luft-/Gas-Gemisch vorgesehen ist.
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Die spiralförmige Wandung 5 weist zur Erzeugung einer pulsierenden Strömung des jeweiligen Luft-/Gas-Gemisches in ihrem sich von außen nach innen eindrehenden Bereich jeweils unterschiedliche Wandabstände zwischen der inneren Wandseite 5b und der äußeren Wandseite 5a jeder Windung auf.
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Über das Einlassrohr 3 bzw. die Einlassöffnung wird das feuchte Luft-/Gas-Gemisch der Abscheidevorrichtung bzw. dem Abscheider 1 tangential in Richtung a zugeführt und entlang der spiralförmigen Wandung 5 innerhalb des Abscheiders 1 in Richtung b zur Mitte hin und gleichzeitig zu dem zentralen Auslassrohr 8 bzw. der zentralen Auslassöffnung in Richtung c geführt. Dabei erfolgt eine Trennung von schwerer feuchter Luft mittels Zentrifugalkraft und simultan von leichter trockener Luft durch Zentripetalkraft, indem das feuchte Luft-/Gas-Gemisch sich durch Reibung und pulsierendem Entlangströmen an der äußeren Wandseite 5a als Feuchtigkeit bzw. Wasserfilm ablagert, wobei das trockene leichtere Luft-/Gas-Gemisch sich zentripetal nach innen zu der inneren Wandseite 5b bewegt und anschließend mittig kreisrundströmend in Richtung c über das mittige Auslassrohr 8 bzw. die mittige Auslassöffnung abgeführt wird. Die Feuchtigkeit bzw. der Wasserfilm bzw. die sich gebildeten Tropfen 2 rieselt bzw. rieseln entlang den zentrifugal angeströmten Wandseiten 5a zum unteren Ende 9 des Abscheiders 1, fällt bzw. fallen dort ab in Richtung d und wird bzw. werden über einen Abfluss 10 abgeführt. Dazu ist beispielhaft in 1 eine Wanne 11 unterhalb des Abscheiders 1 dargestellt, in der die Tropfen 2 bzw. die Flüssigkeit gesammelt werden bzw. wird und aus der die Flüssigkeit über den Abfluss 10 ausgeleitet wird.
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Um die Tropfen 2 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Abscheiders 1 in liegender Position aus der Spirale nach unten abzuführen, sind in den unteren Senken 12 der sich spiralförmig nach innen eindrehenden Wandung 5 kleine Öffnungen 13 vorgehen, über die die Tropfen 2 aus dem Abscheider 1 gelangen können.
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Um die Leistungsfähigkeit bzw. die Tropfenbildung nochmals zu verbessern bzw. zu verstärken, kann die Wandung 5 doppelwandig ausgebildet sein und aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Blechen bestehen (nicht dargestellt). Dabei wird zwischen den Blechen eine Hohlkammer gebildet, die über Anschlüsse mit einer Kühlflüssigkeit versorgt wird.
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Vorzugsweise kann die Wandung 5 an ihrer zentrifugal angeströmten Seite 5a wärme- bzw. kälteleitend und an ihrer zentripetal angeströmten Seite 5b wärme- bzw. kältedämmend ausgebildet sein. Dazu ist die Wandung 5 mit einem entsprechenden Material überzogen, beschichtet oder gestrichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007971 A1 [0004]
- DE 10019836 A1 [0005]
- DE 4344506 A1 [0006]
